Аннотация
Гипербарический кислород (ГБО2) подавляет ГАМК-ергическую нейропередачу в мозге, что может приводить к развитию судорожного синдрома, известного как «кислородная эпилепсия». Дефицит ГАМК-ергической передачи в ГБО2, возникающий за счет снижения уровня синаптического ГАМК, может быть компенсирован путем ингибирования нейрональных и глиальных ГАМК-транспортеров (GAT). В настоящем исследовании проводилась сравнительная оценка противосудорожного действия тиагабина, ингибитора GAT-1, и SNAP 5114, ингибитора GAT-2/3. Противосудорожные эффекты оценивались после введения препаратов в латеральный мозговой желудочек крыс за 30 мин до начала гипербарической кислородной экспозиции при давлении 5 АТА. В отдельных опытах измерялась концентрация ГАМК в стриатуме крыс при дыхании кислородом под давлением 5 АТА после ингибирования GAT с помощью тиагабина или SNAP 5114. Основными результатами выполненных исследований являются: (1) ингибирование GAT-1 или GAT-2/3 предотвращало развитие «кислородной эпилепсии» у крыс; (2) среди двух используемых ингибиторов, TGB оказался более эффективным в предотвращении кислородных судорог по сравнению со SNAP 5114; (3) совместное использование TGB и SNAP 5114 вызывало аддитивный противосудорожный эффект; (4) кислородные судороги появлялись при снижении ГАМК в головном мозге на 30-40% от исходного уровня; (5) ингибирование GAT с помощью тиагабина увеличивало содержание внеклеточного ГАМК в 2.9 раза и в 1.7 раза при использовании SNAP 5114. Таким образом, ингибирование GAT-1 или GAT-2/3 повышает внеклеточную концентрацию ГАМК до уровня, достаточного для восстановления нарушенной в ГБО2 тормозной нейропередачи, и предотвращает развитие гипербарических кислородных судорог.
Литература
Зальцман ГЛ (1968) Стадии развития кислородной эпилепсии и функциональное состояние нервной системы. В кн. Гипербарические эпилепсия и наркоз. Л. Наука. [Zaltsman GL (1968) Stages of formation of oxygen epilepsy and the functional state of the centres of the nervous system. In book: Hyperbaric epilepsy and narcosis. Ed. Zaltsman G.L. Leningrad. Nauka. (In Russ)].
Demchenko IT, Zhilyaev SY, Moskvin AN, Krivchenko AI, Piantadosi CA, Allen BW (2017) Antiepileptic drugs prevent seizures in hyperbaric oxygen: A novel model of epileptiform activity. Brain Res. 1657: 347–354. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2016.12.032.
Demchenko IT, Zhilyaev SY, Alekseeva OS, Krivchenko AI, Piantadosi CA, Gasier HG (2019) Increased Antiseizure Effectiveness with Tiagabine Combined with Sodium Channel Antagonists in Mice Exposed to Hyperbaric Oxygen. Neurotox Res 36(4): 788–795. https://doi.org/10.1007/s12640-019-00063-5.
Ciarlone GE, Hinojo CM, Stavitzski NM, Dean JB (2019) CNS function and dysfunction during exposure to hyperbaric oxygen in operational and clinical settings. Redox Biol 27: 101–159. https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101159
Demchenko IT, Zhilyaev SY, Platonova TF, Alekseeva OS, Nikitina ER (2021) Inhibition of GABA-Transaminase and GABA-Transporters in the Brain with Vigabatrin and Tiagabin Prevents Seizure Development in Rats Breathing Hyperbaric Oxygen. J Еvol Biochem Physiol 57(5): 1101–1109. https://doi.org/10.1134/S0022093021050112
Щербакова ГВ (1962) Активность глютаматдекарбоксилазы и содержание γ-аминомасляной кислоты в мозге крыс при разных функциональных состояниях, вызванных повышенным давлением кислорода. ДАН СССР 146(5): 1213–1215. [Shcherbakova GV Glutamate decarboxylase activity and γ-aminobutyric acid content in rat brain at different functional states caused by high oxygen pressure. DAN USSR 146(5): 1213–1215. (In Russ)].
Wood JD, Watson WJ (1964) The effect of oxygen on glutamic acid decarboxylase and gamma-aminobutyric acid-alpha-ketoglutaric acid transaminase activities in rat brain homogenates. Can J Physiol Pharmacol 42: 277–279. https://doi.org/10.1139/y64-032.
Mialon P, Gibey R, Bigot JC, Barthelemy L (1992) Changes in striatal and cortical amino acid and ammonia levels of rat brain after one hyperbaric oxygen-induced seizure. Aviat Space Environ Med 63(4): 287–291.
Gasier HG, Demchenko IT, Tatro LG, Piantadosi CA (2017) S-nitrosylation of GAD65 is implicated in decreased GAD activity and oxygen-induced seizures. Neurosci Lett 653: 283–287. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2017.05.067.
Borden LA, Dhar TG, Smith KE, Branchek TA, Gluchowski C, Weinshank RL (1994) Cloning of the human homologue of the GABA transporter GAT-3 and identification of a novel inhibitor with selectivity for this site. Recept Channels 2(3): 207–213.
Richerson GB, Wu Y (2003) Dynamic equilibrium of neurotransmitter transporters: not just for reuptake any more, J Neurophysiol. 90(3): 1363–1374. https://doi.org/10.1152/jn.00317.2003.
Overstreet LS, Westbrook GL (2003) Synapse density regulates independence at unitary inhibitory synapses. J Neurosci. 23(7): 2618–2626. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.23-07-02618.2003.
Semyanov A, Walker MC, Kullmann DM, Silver RA (2004) Tonically active GABA A receptors: modulating gain and maintaining the tone. Trends Neurosci 27(5): 262–269. https://doi.org/10.1016/j.tins.2004.03.005
Böck MC, Höfner G, Wanner KT (2020) N-Substituted Nipecotic Acids as (S)-SNAP-5114 Analogues with Modified Lipophilic Domains. Chem Med Chem. 15(9): 756–771. https://doi.org/10.1002/cmdc.201900719.
Guastella J, Nelson N, Nelson H, Czyzyk L, Keynan S, Miedel MC, Davidson N, Lester HA, Kanner BI (1990) Cloning and expression of a rat brain GABA transporter. Science. 249(4974): 1303–1306. https://doi.org/10.1126/science.1975955.
Liu QR, López-Corcuera B, Mandiyan S, Nelson H, Nelson N (1993) Molecular characterization of four pharmacologically distinct gamma-aminobutyric acid transporters in mouse brain. J Biol Chem. 268(3): 2106–2112.
Nelson H, Mandiyan S, Nelson N (1990) Cloning of the human brain GABA transporter. FEBS Lett. 269(1): 181–184. https://doi.org/10.1016/0014-5793(90)81149-i.
Jin XT, Galvan A, Wichmann T, Smith Y (2011) Localization and Function of GABA Transporters GAT-1 and GAT-3 in the Basal Ganglia. Front Syst Neurosci. 5:63. https://doi.org/10.3389/fnsys.2011.00063.
Schousboe A (1981) Transport and metabolism of glutamate and GABA in neurons are glial cells. Int Rev Neurobiol. 22: 1–45. https://doi.org/10.1016/s0074-7742(08)60289-5.
Kersanté F, Rowley SC, Pavlov I, Gutièrrez-Mecinas M, Semyanov A, Reul JM, Walker MC, Linthorst AC (2013) A functional role for both-aminobutyric acid (GABA) transporter-1 and GABA transporter-3 in the modulation of extracellular GABA and GABAergic tonic conduc tances in the rat hippocampus. J Physiol 591(10): 2429–2441. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2012.246298
Dalby NO (2000) GABA-level increasing and anticonvulsant effects of three different GABA uptake inhibitors. Neuropharmacology. 39(12): 2399–2407. https://doi.org/10.1016/s0028-3908(00)00075-7.
Paxinos G, Watson C (2005) The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. Boston, MA: Elsevier.
Racine RJ (1972) Modification of seizure activity by electrical stimulation. II. Motor seizure. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 32(3): 281–294. https://doi.org/10.1016/0013-4694(72)90177-0
Demchenko IT, Piantadosi CA (2006) Nitric oxide amplifies the excitatory to inhibitory neurotransmitter imbalance accelerating oxygen seizures. Undersea Hyperb Med. 33(3): 169–174.
Faiman MD, Nolan RJ, Baxter CF, Dodd DE (1977) Brain gamma-aminobutyric acid, glutamic acid decarboxylase, glutamate, and ammonia in mice during hyperbaric oxygenation. J Neurochem. 28(4): 861–865. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.1977.tb10640.x.
Zhang S, Takeda Y, Hagioka S, Takata K, Aoe H, Nakatsuka H, Yokoyama M, Morita K (2005) Measurement of GABA and glutamate in vivo levels with high sensitivity and frequency. Brain Res Brain Res Protoc. 14(2): 61–66. https://doi.org/10.1016/j.brainresprot.2004.03.005
Demchenko IT, Boso AE, O'Neill TJ, Bennett PB, Piantadosi CA (2000) Nitric oxide and cerebral blood flow responses to hyperbaric oxygen. J Appl Physiol (1985). 88(4): 1381–1389. https://doi.org/10.1152/jappl.2000.88.4.1381.
Dean JB, Mulkey DK, Garcia AJ 3rd, Putnam RW, Henderson RA 3rd (2003) Neuronal sensitivity to hyperoxia, hypercapnia, and inert gases at hyperbaric pressures. J Appl Physiol (1985) 95(3): 883–909. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00920.2002.
Alsip NL, DiMicco JA (1992) Time course of effects of 3-mercaptopropionic acid on GABA levels in different brain regions in guinea pigs: possible relationship with associated cardiovascular changes. Neurochem Res. 17(5): 443–448. https://doi.org/10.1007/BF00969890.
Dickinson BC, Chang CJ (2011) Chemistry and biology of reactive oxygen species in signaling or stress responses. Nat Chem Biol. 7(8): 504–511. https://doi.org/10.1038/nchembio.607.
Corcoran A, Cotter TG (2013) Redox regulation of protein kinases. FEBS J. 280(9): 1944–1965. https://doi.org/10.1111/febs.12224.
Go YM, Jones DP (2013) The redox proteome. J Biol Chem. 288(37): 26512–26520. https://doi.org/10.1074/jbc.R113.464131.
Stamler JS, Simon DI, Osborne JA, Mullins ME, Jaraki O, Michel T, Singel DJ, Loscalzo J (1992) S-nitrosylation of proteins with nitric oxide: synthesis and characterization of biologically active compounds. Proc Natl Acad Sci U S A 89(1): 444–448. https://doi.org/10.1073/pnas.89.1.444
Chung HS, Wang SB, Venkatraman V, Murray CI, Van Eyk JE (2013) Cysteine oxidative posttranslational modifications: emerging regulation in the cardiovascular system. Circ Res. 112(2): 382–392. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.112.268680.
Gould N, Doulias PT, Tenopoulou M, Raju K, Ischiropoulos H (2013) Regulation of protein function and signaling by reversible cysteine S-nitrosylation. J Biol Chem. 288(37): 26473–26479. https://doi.org/10.1074/jbc.R113.460261.
Kovacs I, Lindermayr C (2013) Nitric oxide-based protein modification: formation and site-specificity of protein S-nitrosylation. Front Plant Sci. 4: 137. https://doi.org/ 10.3389/fpls.2013.00137.
Atochin DN, Demchenko IT, Astern J, Boso AE, Piantadosi CA, Huang PL (2003) Contributions of endothelial and neuronal nitric oxide synthases to cerebrovascular responses to hyperoxia. J Cereb Blood Flow Metab. 23(10): 1219–1226. https://doi.org/10.1097/01.WCB.0000089601.87125.E4.
Fink-Jensen A, Suzdak PD, Swedberg MDB, Judge ME, Hansen L, Nielsen PG (1992) The γ-aminobutyric acid (GABA) uptake inhibitor, tiagabine, increases extracellular brain levels of GABA in awake rats. Eur J Pharmacol. 220(2-3): 197–201. https://doi.org/10.1016/0014-2999(92)90748-s
Van der Zeyden M, Oldenziel WH, Rea K, Cremers TI, Westerink BH (2008) Microdialysis of GABA and glutamate: analysis, interpretation and comparison with microsensors. Pharmacol Biochem Behav 90(2): 135–147. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2007.09.004
Del Arco A, Segovia G, Fuxe R, Mora F (2003) Changes in dialysate concentrations of glutamate and GABA in the brain: An index of volume transmission mediated actions? J Neurochem. 85: 23–33. https://doi.org/10.1046/j.1471-4159.2003.01692.
Keros S, Hablitz JJ (2005) Subtype-specific GABA transporter antagonists synergistically modulate phasic and tonic GABAA conductances in rat neocortex. J Neurophysiol. 94(3): 2073–2085. https://doi.org/10.1152/jn.00520.2005.